DE1079704B - Abgleichbare Abschlussschaltung fuer Koaxialleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Herstellung eines reflexionsfreien Abschlusses am Ende einer Koaxialleitung unter Verwendung einer vorzugsweise zentralsymmetrischen Anordnung von zwischen Außen- und Innenleiter geschalteten Widerstandselementen mit unveränderlichen Widerstandswerten und von zwecks Abgleich der Schaltungsanordnung auf den genauen Wellenwiderstand der Koaxialleitung verstellbaren Teilen, mit denen die Größe von zur Schaltungsanordnung gehörenden reaktiven Widerständen verändert werden kann.

Für den Abschluß einer Koaxialleitung ist es bekannt, am Ende des Innenleiters und in dessen Verlängerung einen zylindrischen Widerstand anzuordnen, der zusammen mit einem ihn umschließenden zylindrischen leitenden Mantel eine am Ende des Widerstandes kurzgeschlossene Koaxialleitung bildet. Der als Außenleiter dieser Koaxialleitung wirkende Mantel bildet seinerseits mit dem ihn in gewissem Abstande umgebenden Außenleiter der abzuschließenden Koaxialleitung eine zweite, ebenfalls am Ende kurzgeschlossene Koaxialleitung, deren Eingang mit dem Eingang der den Widerstand als Innenleiter enthaltenden in Reihe geschaltet ist. Die erwähnte zweite Koaxialleitung dient zur Kompensation der reaktiven Komponente des Abschlußwiderstandes und kann zu diesem Zweck durch einen verschiebbaren ringförmigen Kolben in ihrer Länge verändert werden. Eine Einrichtung für den Abgleich des Wirkwiderstandes der Abschlußschaltung auf den genauen Wert des nachzubildenden Wellenwiderstandes ist nicht vorgesehen. Die bekannte Abschlußschaltung hat außerdem eine verhältnismäßig große Längsausdehnung und ist nur brauchbar bis zu Frequenzen, bei denen die Länge des zylindrischen Widerstandes eine Achtelwellenlänge nicht übersteigt.

Im Gegensatz hierzu ist bei der Abschlußschaltung nach der Erfindung ein betriebsmäßiger Abgleich sowohl der reaktiven als auch der Wirkkomponente des Abschlußwiderstandes möglich, die Baulänge ist klein, und der eingestellte Widerstandswert ist weitgehend frequenzunabhängig.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art, bei der verstellbare Teile von zweierlei Art vorgesehen sind, die sich durch Anordnung, Form und/oder die Verbindung mit festen Schaltungselementen, insbesondere den genannten Widerstandselementen und/oder Kondensatorelementen, unterscheiden und bei Verstellung Änderungen der reaktiven und der Wirkkomponente der die Schaltungsanordnung ersetzenden Impedanz erzeugen, die für die verstellbaren Teile der einen und der anderen Art in verschiedenem Verhältnis stehen.

Da bei sehr hohen Frequenzen die Verwendung von Abgleichbare Abschlußsctialtung
für Koaxialleitungen

Anmelder:
Andrew AIford, Boston, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. M. Schumacher, Patentanwalt,
Bremen, Stephanikirchenweide 1-19

Andrew AIford, Boston, Mass. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

veränderbaren Widerständen sich aus verschiedenen Gründen verbietet, ist es nicht möglich, bei einer im wesentlichen aus zwischen Innen- und Außenleiter der Koaxialleitung geschalteten Widerstandselementen bestehenden Abschlußschaltung z. B. unter zusätzlicher

^a5 Verwendung kleiner Abgleichkondensatoren, einen getrennten Abgleich der Wirk- und der reaktiven Komponente des Abschlußwiderstandes vorzusehen. Andererseits erfordert ein solcher, Abgleich, wenn man von behelfsmäßigen Maßnahmen absieht, das Vorhandensein von zwei unabhängigen Veränderlichen, die aber nicht notwendig der Wirk- bzw. reaktiven Komponente zu entsprechen brauchen. Als solche Veränderliche eignen sich einen Bestandteil des die Abschlußschaltung zusammensetzenden Netzwerkes bildende reaktive Widerstände, die leicht in günstiger Ausführungsform verwirklichbar sind. Daß bei Veränderung eines solchen Widerstandes Wirk- und reaktive Komponente der Ersatzimpedanz gleichzeitig beeinflußt werden, schadet nichts, wenn gleichzeitig eine zweite Möglichkeit, einen dem Netzwerk angehörenden reaktiven Widerstand zu verändern, vorgesehen ist und die so zur Verfugung stehenden beiden Veränderlichen Wirk- und reaktive Komponente der Ersatzimpedanz in verschiedenem Verhältnis beeinflüssen. Es ist dann möglich, durch gleichzeitige Ausnutzung beider Änderungsmöglichkeiten nur die Wirk- oder nur die reaktive Widerstandskomponente der Ersatzimpedanz zu beeinflussen. Man kann auch nicht damit rechnen, mit einem von vornherein genau dem Sollwert entsprechenden Wirkwiderstand der Abschluß schaltung mit nur einer Abgleichmöglichkeit für die reaktive Komponente auszukommen, da bei der Undefiniertheit der Schaltelemente bei Hochfrequenz ein solcher Abgleich praktisch nicht ohne gleichzeitige

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Änderung des Wirkwiderstandes ausführbar ist, der dann doch erneut abgeglichen werden müßte.

Es versteht sich von selbst, daß die Wirk- und reaktiven Widerstände der die Schaltungsanordnung nach der Erfindung zusammensetzenden Schaltungselemente so zu bemessen sind, daß der Ersatzwiderstand der Schaltung in unabgeglichenem Zustande dem nachzubildenden Wellenwiderstand innerhalb der Justiermöglichkeiten nahekommt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine zum Abschluß einer Koaxialleitung dienende, abgleichbare Schaltungsanordnung nach der Erfindung im Grundriß,

Fig. 2 dieselbe Schaltungsanordnung im Aufriß und im Schnitt nach der Linie S-S,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild der Schaltung nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Teilansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, im Aufriß und Schnitt,

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild der Abschlußschaltung nach Fig. 4.

In Fig. 2 bezeichnen 1 und 2 den Innen- bzw. Außenleiter einer Koaxialleitung, die durch eine Isolierscheibe 3 zueinander zentriert gehalten werden. Der Innenleiter 1 ist an seinem Ende bei 5 konisch verjüngt, und zwar so weit, daß dadurch die normalerweise am offenen Ende vorhandene Streukapazität überkompensiert ist, d. h. das Leitungsende einen induktiven Widerstand aufweist. Der rohrförmige Außenleiter 2 trägt an seinem Ende einen nach außen ragenden Flansch 4, an welchem, wie aus der Fig. 1 zu ersehen, drei Zungen 6 von einer Art und drei Zungen 7 anderer Art aus leitendem Material, radial ausgerichtet und zentralsymmetrisch zur Achse der Koaxialleitung angeordnet, befestigt sind. Die Zungen sind in radialen Nuten des Flansches 4 geführt und in radialer Richtung verschiebbar, so daß ihre zugespitzten inneren Enden mehr oder weniger weit über den Rand des Rohres 2 nach innen ragen und einen einstellbaren Abstand von dem Ende 20 des Innenleiters 1 aufweisen.

In Langlöchern 10 der Zungen 6 und 7 geführte Schrauben 9 dienen dazu, die Zungen nach Vornahme einer Verstellung in beliebiger Lage festzuhalten. Die Zungen weisen eine nach dem inneren Ende hin abnehmende Breite auf, um sie, falls erforderlich, bis dicht an das Ende 20 des Innenleiters heranschieben zu können, wobei eine Berührung mit diesem Ende sowie der Zungen untereinander ausgeschlossen sein soll. Während die nach innen gerichteten Zungen 6 frei endigen, sind die Spitzen 11 der Zungen 7 über Widerstände 12 mit Anschluß drähten 13 und 14 mit dem Ende 20 des Innenleiters 1, z. B. durch Lötung, verbunden. Die Anschluß drähte 13 und 14 sind biegsam und lang genug ausgebildet, so daß sie die Verschiebbarkeit der Zungen 7 nicht beeinträchtigen.

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 1 und 2. Die Bezeichnungen der Verbindungsleitungen bzw. Schaltelementsymbole entsprechen den in den genannten Figuren benutzten Bezeichnungen. Die Anschlußdrähte 13 und 14 der Widerstände 12 stellen einen von der Lage dieser Drähte abhängigen induktiven Widerstand dar, der durch Verschieben der Zungen 7 nach innen vergrößert werden kann, während die Zungen 6 eine durch Verschieben der Zungen nach innen vermehrbare Kapazität gegenüber dem Innenleiterende 20 aufweisen. Der Wert der parallel geschalteten Widerstände 12 ist gleich dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung 1, 2 gemacht. Nicht dargestellt ist die Kapazität der Zungen 7 gegen 20, deren Wert verhältnismäßig gering ist, da die Zungen 7 im allgemeinen weiter von 20 entfernt sein werden als die Zungen 6 und Änderungen der von 7 und 20 gebildeten Kapazität zum mindesten gedanklich durch eine entsprechende Verschiebung der Zungen 6 kompensiert werden können. Mit der Kapazität der Zungen 6 gegen das Innenleiterende 20 werden die Induktivitäten 13 und 14 und insbesondere die Reiheninduktivität des verjüngten Leiterendes 5 kompensiert. Es versteht sich von selbst, und dies ist eine wesentliche Eigenschaft der angegebenen Ausführungsform, daß ihr Ersatzwiderstand, bei einer normierten Anfangsstellung der Zungen 6, 7, dem nachzubildenden Wellenwiderstand bereits nahe kommt.

Der Abgleich der Schaltung wird unter Beobachtung der reflektierten Welle wie folgt vorgenommen. Bei jeder Stellung der Zungen 7 läßt sich eine Stellung der Zunge 6 finden, bei der die reaktive Komponente des Ersatzwiderstandes der Abschlußschaltung zu Null wird, während der Betrag des ohmschen Widerstandes der Abschlußschaltung noch mehr oder weniger von dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung abweichen wird. Durch abwechselndes Verstellen der Zungen.7 und 6 gelingt es jedoch Zungenstellungen zu finden, bei denen einerseits die reaktive Komponente der Abschlußschaltung Null und ihr .Wirkwiderstand gleich dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung ist. Auf diese Weise konnte, z. B. bei einer Frequenz von maximal 600 MHz, für eine Koaxialleitung von 8 cm Innendurchmesser leicht und schnell ein Reflexionsfaktor des Abschlusses von weniger als 1,5 % eingestellt werden.

Noch etwas günstigere Abgleicheigenschaften als die Abschlußschaltung nach Fig. 1 und 2 weist die Schaltung nach Fig. 4 auf, mit der der Abgleich schneller und genauer und für ein verhältnismäßig breites Frequenzband zutreffend ausgeführt werden kann. Diese abgeänderte. Schaltung weist entsprechend der Darstellung in Fig. 1 drei verstellbare Zungen 7 auf, die über drei Widerstände 12, die zusammen dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung entsprechen, mit dem Ende 20 des Innenleiters verbunden sind. An die Stelle der Zungen 6 treten drei andere verstellbare Zungen 6', die an ihrem dem Innenleiter zugewandten Ende je eine zweite, in Richtung zur Mitte zugespitzte leitende Zunge 16 tragen. Eine Zwischenlage 15 aus Isolierstoff trennt die Zungen 6' und 16, die durch eine ebenfalls isolierende Klammer 17 so. zusammengehalten werden, daß die Zunge 6' für sich verschiebbar bleibt. Die nach innen ragenden Spitzen der Zungen 16 sind über drei Widerstände 18 mit Anschlußdrähten 19 mit dem Ende 20 des Innenleiters 1 verbunden. Diese Widerstände haben den gleichen Widerstandswert wie die Widerstände 12, entsprechen also in ihrer Gesamtheit ebenfalls dem Wellenwiderstande der Koaxialleitung. Die Kapazität des von den Zungen 6' und 16 gebildeten kleinen Kondensators ist so gering bemessen, daß dessen Reaktanz die der Anschlußdrähte 19 übersteigt.

Das Ersatzschaltbild der entsprechend Fig. 4 abgeänderten Abschluß schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Durch Verschieben der Zungen 7 kann in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach Fig. 1 unter Veränderung der Lage der Widerstände 12 die Induktivität der an diese Zungen angeschlossenen Zweige geändert werden. Verschieben der Zungen 6' ändert die Größe der zwischen diesen und dem Ende 20 des Innenleiters vorhandenen Kapazität. Betrachtet man die Parallelschaltung der an die Zungen 7 und 16

angeschlossenen Zweige, die jeder eine Reihenschaltung eines Widerstandes R mit einer Induktivität L bzw. einer Kapazität C darstellen, so ist der Ersatzwiderstand dieser Parallelschaltung rein ohmisch und gleich R₁ wenn die Bedingung

erfüllt ist. Ein entsprechender Abgleich kann durch Verschieben der Zungen 7 unter Änderung von L vorgenommen werden. Durch Verschieben der Zungen 6', wobei die Kapazität gegen die Zungen 16 im wesentlichen unverändert bleibt, kann durch Einstellung einer geeigneten Kapazität dieser Zungen gegen das Innenleiterende 20 die Induktivität des konischen Leiterendes 5 kompensiert werden. Der Gesamtwiderstand der Abschlußschaltung kann in jedem Falle durch Verschieben der Zungen 6' rein ohmisch gemacht werden, auch wenn der Ersatzwiderstand der parallel geschalteten an den Zungen 7 und 16 liegenden Zweige eine reaktive Komponente hat, wobei je nach deren Größe und Vorzeichen, d. h. entsprechend der Einstellung der Zungen 7, dieser ohmsche Widerstand einen etwas anderen Wert annimmt. Wie bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 kann durch abwechselndes Verstellen der Zungen 7 und 6' eine Einstellung gefunden werden, bei der die reaktive Komponente der Abschlußschaltung Null und ihr Wirkwiderstand gleich dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung ist.

Die im obigen gegebene Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsbeispiele ist mit vereinfachenden Annahmen durchgeführt und kann das wirkliche Verhalten nur näherungsweise wiedergeben, da induktive und kapazitive Wirkungen allen Schaltungsteilen gemeinsam sind, so daß sich keine strenge Trennung der elektrischen Funktionen durchführen läßt und die günstigste Form der Teile der Abschlußschaltung im wesentlichen empirisch bestimmt werden muß, was aber dem Grundgedanken der Erfindung keinen Abtrag tut.

Für die allgemeine Ausführung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind folgende Gesichtspunkte maßgebend. Um eine möglichst gute Annäherung an die Idealform des Abschlusses einer Koaxialleitung zu haben, die induktive Komponente der Abschlußwiderstände möglichst klein zu halten und eine Streustrahlung- des Leitungsendes zu vermeiden, wird man im allgemeinen die verschiedenen Teile der Schaltungsanordnung möglichst gleichmäßig und symmetrisch um die Leitungsachse verteilen, wozu jeder Bestandteil der Schaltung mindestens zweifach, besser mehrfach, vorzusehen ist.

Die Ausführung im einzelnen kann erheblich von den Ausführungsbeispielen abweichen, muß aber immer zwei Arten von verstellbaren Teilen einschließen, die verschiedene in der Abschluß schaltung liegende reaktive Widerstände zu verändern gestatten. An Stelle der in radialer Richtung verstellbaren Zungen können auch anders angeordnete und in anderer Richtung verstellbare Teile vorgesehen sein. So kann an die Stelle einer Mehrzahl von am Leitungsende angeordneten verstellbaren Teilen bestimmter Art auch z. B. eine verstellbare konzentrische Platte oder ein Ring treten. Unter anderem kann auch bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung der Widerstand 18 6g unabhängig von der Zunge 6' über einen gegebenenfalls veränderbaren Reihenkondensator unmittelbar mit dem Außenleiter 2, z. B. über die Schraube 9 und dem Flansch 4, verbunden sein. Prinzipiell ist es sogar möglich, bei der Ausführung nach Fig. 1 die Widerstände 12 statt über die Spitzen 11 der Zungen 7 unmittelbar mit der Wand des Außenleiters 2 zu verbinden. Die nach der Erfindung erforderliche verschiedene Wirkung der Zungen beider Arten kommt in diesem Falle dadurch zustande, daß die Zungen 7 eine Ausgangsstellung haben, in der sie dem Ende 20 des Innenleiters verhältnismäßig nahe stehen, während die Zungen 6 in der Ausgangsstellung die Wand des Rohr.es 2 mit nur einem verhältnismäßig kurzen Stück überragen. Auf diese Weise sind die Zungen 7 zu einem wesentlichen Teil mit der Spitze 20 des Innenleiters gekoppelt, die Zungen 6 dagegen stärker mit dem Innenleiter 2 vor Beginn der Verjüngung 5, was dadurch unterstützt werden kann, daß die Enden der Zungen 7 nach oben bzw. außen, die der Zungen 6 nach unten bzw. innen abgebogen werden.

Den ersten Abgleich wird man bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen durch gemeinsames gleichmäßiges Verstellen der Zungen der einen oder der anderen Art vornehmen, während man bei der anschließenden Feinjustierung nur einzelne Zungen um geringe Beträge verschieben wird. Bei manchen Aus-fuhrungsformen kann es erforderlich sein, den Widerstandswert der Widerstandselemente etwas größer oder kleiner als den berechneten Wellenwiderstand der Koaxialleitung zu wählen, um dem Abgleichbereich eine günstige Lage zu geben, welche Maßnahme der Anordnung der Verjüngung 5 am Ende des Innenleiters 2 zu vergleichen ist, die bei der Beschreibung der Wirkungsweise als Bestandteil der Abschlußschaltung dargestellt ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Herstellung eines reflexionsfreien Abschlusses am Ende einer Koaxialleitung unter Verwendung einer vorzugsweise zentralsymmetrischen Anordnung von zwischen Innen- und Außenleiter geschalteten Widerstandselementen mit unveränderlichen Widerstandswerten und von zwecks Abgleich der Schaltungsanordnung auf den genauen Wellenwiderstand der Koaxialleitung verstellbaren Teilen, mit denen die Größe von zur Schaltungsanordnung gehörenden reaktiven Widerständen verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß verstellbare Teile von zweierlei Art vorgesehen sind, die sich durch Anordnung, Form und/oder die Verbindung mit festen Schaltungselementen, insbesondere den ge- . nannten Widerstandselementen und/oder Kondensatorelementen, unterscheiden und bei Verstellung Änderungen der reaktiven und der Wirkkomponente der die Schaltungsanordnung ersetzenden Impedanz erzeugen, die für die verstellbaren Teile der einen und der anderen Art in verschiedenem Verhältnis stehen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei und gleichviel verstellbare Teile jeder Art vorgesehen sind, die mit abwechselnder Artzugehörigkeit um das Leitungsende herum angeordnet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Teile der einen Art je mit einer zwischen Innen- und Außenleiter der .Koaxialleitung liegenden Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Selbstinduktion zwecks Veränderung der Größe der Selbstinduktion zusammenwirken und daß die verstellbaren Teile der zweiten Art je eine zwischen Innen- und Außenleiter geschaltete Kapazität zu verändern gestatten.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Außenleiter der Koaxialleitung am Ende einen Flansch aufweist, auf dem die zungenförmig ausgebildeten verstellbaren Teile der einen und der anderen Art in der mit dem Ende der Koaxialleitung zusammenfallenden Querebene in radialer Richtung verschiebbar gelagert sind, so daß ihre inneren Enden dem Innenleiter der Koaxialleitung mehr oder weniger genähert werden können, und daß jede der Zungen der ersten Art, die mit den Zungen der zweiten Art abwechseln, über ein läng-

liches Widerstandselement mit biegsamen Anschlußdrähten mit dem konisch verjüngten Ende des Innenleiters der Koaxialleitung verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich den von den Zungen der zweiten Art und dem Ende des Innenleiters gebildeten Kapazitäten je ein in Reihe mit einem Kondensatorelement liegender Widerstand parallel geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Wireless Engineer«, September 1956, S. 205.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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